Cam-seramik

Cam-seramikler (CS'ler), bir camın kristalleştirilmesiyle elde edilmektedir. Camların özellikleriyle kristallerin faydalarının birleşiminin sonucu olarak ortaya camdan daha verimli bir yapı çıkar. Cam-seramikler, uygun bileşimdeki camların ısıl işlem uygulanmasıyla oluşur. Bu nedenle daha düşük enerjiye sahip kristalli yapı oluşur. Kontrollü kristalizasyona tabi tutulduğunda oluşan ince taneli polikristal malzemeler cam- seramik malzemeler olarak adlandırılmaktadır. Holand ve Beall (2012) cam-seramik malzemeleri kimyasal bileşimlerine göre sınıflandırmaktadır. Bu sınıflandırma ; alkali ve toprak alkali silikatlar, alümino-silikatlar, florosilikatlar, silikofosfatlar, demir silikatlar ve fosfatları kapsamaktadır. Cam-seramiklerin bir başka sınıflandırması ise cam-seramikleri oksit ve oksit olmayan kategorilere ayırmaktadır. (Holand ve Beall, 2012; Karmakar, 2017). Oksit cam seramikler, silikat, fosfat, borat ve GeO2 bazlı malzemeleri içermektedir. Genel olarak neredeyse sıfıra yakın termal genleşme katsayısı, yüksek kırılma tokluğu, darbeye karşı yüksek direnç gibi özelliklere sahip cam seramikler üretilebilmektedir.
Bununla birlikte dahili (iç) çekirdeklenmenin meydana gelmesi gerekmektedir. Bu hareket cam ve kristal haller arasındaki hacim veya kimyasal serbest enerjideki (ΔGv) farktan dolayı oluşmaktadır. Ek olarak, ekstrüzyon gibi daha özel yöntemler kullanılarak da kristalizasyondan önce şekillendirilebilir.
Tek aşamalı değiştirilmiş geleneksel yöntem
Geleneksel yöntemde cama iki aşamalı ısıl işlem uygulanması, çekirdeklenme ve büyüme hızı eğrileri arasındaki sınırlı örtüşmenin bir sonucudur. Bu nedenle tek aşamalı ısıl işlem için, çekirdeklenme ve büyüme hız eğrilerinin aşırı üst üste bindiği durum elde edilir. Bu durumda çekirdeklenme ve büyüme, TNG (ing. nucletion and growth) sıcaklığında tek aşamalı ısıl işlem uygulanarak gerçekleşebilir.
Toz teknolojisi
Soğuk sıkıştırılmış seramik tozun yüksek sıcaklıkta ısıl işlemi (sinterleme) seramik üretimi için yaygın bir yöntemdir. Aynı şekilde cam-seramik üretimi için de kullanılmıştır. Bu yöntem yalnızca bariz bir fayda tespit edildiğinde kullanılmaktadır. Çünkü soğuk sıkıştırılabilen bileşenlerin boyutu ve şekli ile ilgili sınırlamalar ve toz üretiminin maliyeti bu yöntemin kullanım sıklığını azaltan etkenlerdendir. Burada, viskoz akış sinterleme ve kristalizasyon hızlarını ve bu süreçlerin etkileşimini dikkate almak önemlidir.
Kristalleşmenin çok hızlı olması, malzemede yüksek kristallik derecesi sorununu meydana getirir. Ortaya çıkan yüksek kristallik derecesi, düşük sıcaklıkta sinterlemeyi engelleyerek cam-seramik malzemede kabul edilemez miktarda gözenekliliğe yol açar.
Öte yandan, sinterleme işleminin kristalizasyondan önce tamamen tamamlanması, nihai ürünün diğer yöntemlerle üretilen cam-seramik malzemelerden önemli ölçüde farklı olmamasına sebep olur.
Aynı sıcaklık değerinde yoğunlaştırmanın ve kristalleşmenin aynı anda gerçekleştiği sinterleme işlemiyle yoğun cam-seramik malzeme üretmek mümkündür. Bileşimin ve sinterleme sıcaklığının en uygun hali, geleneksel yöntemle karşılaştırıldığında farklı mikro yapıların ve hatta farklı kristal fazların oluşmasına sebep olur. Dolayısıyla nihai ürünün farklı özelliklerine yol açabilmektedir.
Sıcak presleme ve SİP (Sıcak izostatik presleme) gibi basınç destekli yoğunlaştırma yöntemleri de ana camın toz halinden cam-seramik malzeme üretimi için uygulanmıştır. Bu yöntemler ile, sıfıra yakın poroziteli ürünler elde edilmesine rağmen, soğuk presleme ve sinterlemeden daha maliyetlidir.
Sol-jel öncü cam
Son yıllarda, ana camı toz veya dökme formda elde etmek için sol-jel ve kolloidal teknikler kullanılmaktadır. Bu nedenle, diğer tüm yöntemlerle üretilen cam seramikler, aynı şekilde sol-jel tekniği ile üretilebilir. Fakat sol-jel tekniği cam-seramik malzemelerin atık malzemelerden üretilmesi durumunda uygun yöntem değildir.

Kaynakça